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吕宋海峡水交换的时空变化特征及其影响机理研究

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目录

摘要

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.3.1 吕宋海峡水交换季节变化的研究进展

1.3.2 吕宋海峡水交换年际变化及其影响因素的研究进展

1.4 研究内容和结构

1.4.1 尚需解决的科学问题

1.4.2 研究目标和拟解决的关键问题

1.4.3 研究内容

1.5 研究技术路线

第2章 研究区域、数据与方法

2.1 研究区域

2.2 研究数据

2.3 研究数据可信性的对比验证

2.4 研究方法

第3章 吕宋海峡水交换水通量的月际、年际变化特征

3.1 断面流速结构的EOF模态分析

3.2 断面流速结构的月际变化

3.3 断面水通量的月际变化特征

3.3.1 断面水通量的纬向变化

3.3.2 断面纵向净水通量的变化

3.4 1993-2006年吕宋海峡水交换净水通量的年际变化趋势

3.4.1 1993-2006年净水通量变化趋势的定量分析

3.4.2 1993-2006年净水通量变化趋势的定性分析

3.5 1993-2006年吕宋海峡水交换净水通量的变化周期

3.6 1993-2006年吕宋海峡各层各年平均的净水通量的年际变化

3.7 本章小结

第4章 吕宋海峡水交换热通量的月际、年际变化特征

4.1 断面温度结构的EOF模态分析

4.2 断面温度结构的月际变化

4.3 断面净热通量的月际变化特征

4.3.1 断面纵向净热通量的月际变化

4.3.2 断面净热通量的纵向结构变化

4.4 1993-2006年吕宋海峡水交换净热通量的年际变化趋势

4.4.1 1993-2006年净热通量变化趋势的定量分析

4.4.2 1993-2006年净热通量变化趋势的定性分析

4.5 1993-2006年吕宋海峡水交换净热通量的变化周期

4.6 1993-2006年吕宋海峡各层各年平均的净热通量的年际变化

4.7 本章小结

第5章 吕宋海峡水交换盐通量的月际、年际变化特征

5.1 断面盐度结构的EOF模态分析

5.2 断面盐度结构的月际变化

5.3 断面净盐通量的月际变化特征

5.3.1 断面纵向净盐通量的月际变化

5.3.2 断面净盐通量的纵向结构变化

5.4 1993-2006年吕宋海峡水交换净盐通量的年际变化趋势

5.4.1 1993-2006年净盐通量变化趋势的定量分析

5.4.2 1993-2006年净盐通量变化趋势的定性分析

5.5 1993-2006年吕宋海峡水交换净盐通量的变化周期

5.6 1993-2006年吕宋海峡各层各年平均的净盐通量的年际变化

5.7 本章小结

第6章 吕宋海峡水、热和盐交换的影响因素研究

6.1 水通量与热通量、盐通量的月际、季节、年际变化的相关性

6.2 季风对水交换季节变化的影响分析

6.2.1 风场的水平空间影响

6.2.2 风场对垂直断面各层水交换的影响

6.3 海面高度的影响

6.4 ENSO对吕宋海峡净水通量、热通量和盐通量年际变化的影响

6.4.1 净水通量年际变化的影响因素分析

6.4.2 净热通量年际变化的影响因素分析

6.4.3 净盐通量年际变化的影响因素分析

6.5 本章小结

第7章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 本研究主要的创新点

7.3 存在的不足及未来工作展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢

声明

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摘要

气候变化已经成为当今时代具有决定性意义的问题。海洋在气候系统中起着至关重要的作用。西北太平洋与南海的水交换,对我国及其它国家沿海区域的气候环境变化、生态和经济等具有重要意义,成为当前研究的热点问题。吕宋海峡是西北太平洋与南海水交换的唯一深水通道,吕宋海峡成为研究的热点区域。揭示季风区海洋季节、年际的变率和气候态的变化趋势是世界气候研究计划(WCRP)的核心计划的重要科学问题之一。关于吕宋海峡水交换的研究,主要集中在较短时间段内,上层水通量及其影响机理研究等方面。
  本研究以吕宋海峡作为研究区域,选取120°E断面对吕宋海峡各层水交换温、盐、流的时空变化进行研究,讨论了季风、海面高度、ENSO等因素对吕宋海峡各层水交换的影响作用,具体研究内容和结果如下:
  (1)基于流速、温度和盐度等数据,通过EOF空间分析、相关分析,并计算各层年平均1-12月的净水通量、净热通量、净盐通量等,讨论吕宋海峡水交换纵向各层水交换的流场、温度和盐度分布的变化,探讨净水通量、净热通量和净盐通量及其结构的月际、季节变化。21.5°N以南的300m以深和21.5°N以北的1000 m以浅海域,常年存在着南海水东向流入太平洋。上层、深层和整个断面的净水通量、净热通量和净盐通量,几乎均为由太平洋西向流入南海,均为冬季最大,春季和秋季次之,夏季最小。中层,除10-12月外,全年其它各月均为由南海东向流入太平洋,春季最大,夏季和秋季次之,冬季最小。
  (2)通过分析吕宋海峡水交换结构,发现吕宋海峡净水通量和净盐通量的纵向结构变化较为一致,均呈现三种类型。1-5月和8-11月,呈上层和深层由太平洋西向流入南海,中层由南海东向流入太平洋的“三明治”结构。6-7月,呈上层由太平洋西向流入南海,中层和深层由南海东向流入太平洋的两层结构。12月,呈各层均为由太平洋西向流入南海的单层结构。年平均净水通量、净盐通量均呈“三明治”结构。全年整体来看,以“三明治”结构为主,还出现两层结构和单层结构,各月净水通量、净盐通量结构的变化并不完全一致。
  吕宋海峡水交换净热通量的纵向结构,呈现四种不同类型。在1-5月和9月,断面净热通量呈上层和深层由太平洋西向流入南海,中层由南海东向流入太平洋的“三明治”结构。6月,各层净热通量均为由南海东向流入太平洋,也为单层结构。7-8月,呈上层由太平洋西向流入南海,中层和深层由南海东向流入太平洋的两层结构。10-12月,各层净热通量均为由太平洋西向流入南海,呈单层结构。年平均净热通量呈“三明治”结构。全年整体来看,吕宋海峡净热通量以“三明治”结构为主,还出现两层结构和两种类型的单层结构,各月净热通量结构的变化并不完全一致。
  各层12月的净水通量、净热通量、净盐通量均是由太平洋西向流入南海。全年各月来看,净水通量、净热通量、净盐通量均以“三明治”结构为主,但各月净水通量结构、净热通量结构、净盐通量结构,以及各通量结构之间的变化并不完全一致。
  (3)基于流速、温度和盐度等数据,通过一元线性回归分析和曲线拟合等方法,并计算1993-2006年各月净水通量、净热通量、净盐通量等,分析得出1993-2006年各月的长期变化特征和变化率;采用小波分解和消噪滤波等方法,讨论了各层净水通量、净热通量、净盐通量的变化趋势;利用小波变换分析法,分析得出具体的变化周期。
  1993-2006年各月净水通量、净热通量、净盐通量,在上层、深层和整个断面,均表现为以太平洋西向流入南海为主;在中层,表现为以南海东向流入太平洋为主。
  上层、中层和整个断面的净水通量,由南海东向流入太平洋呈减小趋势,由太平洋西向流入南海呈增加趋势,变化率数值分别为0.0129 Sv/月、0.008 Sv/月和0.0003Sv/月。深层与其它各层的变化趋势相反,变化率数值为0.02 Sv/月。
  上层、中层和整个断面的净热通量,由南海东向流入太平洋呈减小趋势,由太平洋西向流入南海呈增加趋势,变化率数值分别为0.0009 PW/月、0.0003 PW/月和0.0007PW/月。深层与其它各层的变化趋势相反,变化率数值为0.0004 PW/月。
  上层、中层和整个断面的净盐通量,由南海东向流入太平洋呈减小趋势,由太平洋西向流入南海呈增加趋势,变化率数值分别为0.456 Gg/s/月、0.273 Gg/s/月、0.011Gg/s/月。深层与其它各层的变化趋势相反,变化率数值为0.718 Gg/s/月。
  (4)1993-2006年各月的净水通量、净热通量、净盐通量,在上层、深层和整个断面,由太平洋西向流入南海,各年的峰值出现在各年的冬季。在中层,由南海东向流入太平洋,各年的峰值出现在各年的夏季和春季。各层净水通量、净热通量、净盐通量均表现出较强的季节变化,均存在3个月的显著变化周期,上层和整个断面的变化周期尤为显著。
  (5)基于流速、温度和盐度等数据,通过一元线性回归分析等方法,并计算1993-2006年各年的平均净水通量、净热通量、净盐通量等。
  1993-2006年各年的平均净水通量,上层由太平洋西向流入南海,每年增加0.155Sv;中层由南海东向流入太平洋,每年减小0.085 Sv;深层和整个断面由太平洋西向流入南海,每年分别减少0.251Sv和0.011 Sv。
  1993-2006年各年平均的净热通量,上层和整个断面由太平洋西向流入南海,每年分别增加0.011 PW、0.008 PW。中层,在1993-2001年和2006年各年表现为由南海东向流入太平洋,每年减小0.003 PW;2001-2005年各年表现为由太平洋西向流入南海,每年增加0.003 PW。深层,由太平洋西向流入南海,每年减小0.006 PW。
  1993-2006年各年平均的净盐通量,上层由太平洋西向流入南海,每年增加5.463Gg/s;中层由南海东向流入太平洋,每年减小2.963 Gg/s;深层和整个断面由太平洋西向流入南海,每年分别减少8.807 Gg/s和0.381 Gg/s。
  (6)基于流速、温度、盐度、风场、海面高度和ENSO等数据,通过相关分析和空间分析等方法,分析得出上层、中层、深层和整个断面,各层的1993-2006年各年平均1-12月、1993-2006年各年1-12月、1993-2006年各年平均的净水通量与净热通量、净水通量与净盐通量的相关性显著。但深层的1993-2006年各年1-12月、1993-2006年各年平均的净水通量与净热通量的相关系数相对较小。
  季风与上层、季风与整个断面的净水通量、净热通量、净盐通量的相关性较强。季风与中层净热通量的相关性较强,但季风与中层净水通量和净盐通量的相关性不显著。吕宋海峡海面高度场,较明显的反映了1-12月各月上层水交换流场形态结构的空间变化。
  断面上层的净水通量、净热通量、净盐通量与Ni(n)o3.4区SST指数的相关系数,均表现为当滞后Ni(n)o3.4区SST指数4-8个月时,相关系数超过了98%的置信水平检验,其中滞后6个月时的相关系数最高,相关系数分别为0.277、0.264、0.277,与ENSO均为正相关。吕宋海峡上层净水通量、净热通量、净盐通量均表现为滞后ENSO约半年左右。中层、深层和整个断面的净水通量、净热通量、净盐通量与Ni(n)o3.4区SST指数的相关系数,均未超过98%的置信水平检验。

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